Исследование тампонажного цемента с высокой коррозионной стойкостью для любых агрессивных сред, страница 3

Кристаллизация гипса и гидросульфоалюмината кальция вызывает разрушение цементного камня в связи с тем, что образование кристаллов происходит с значительным увеличением объема твердой фазы. По мнению некоторых ученных, уже одно это обстоятельство является достаточным для объяснения разрушения цементного камня. По мнению других авторов, весьма распространенному в настоящее время, разрушение происходит только в том случае, когда гидросульфоалюминат образуется в твердой фазе – путем присоединения ионов Са²⁺, SO^2- и воды к гидроалюминату находящемуся в твердой фазе. Если же все реагирующие компоненты находятся в растворе, то вредные напряжения не возникают, так как объем продуктов реакции (как гипса, так и гидроалюмината) меньше суммы объемов реагирующих компонентов, находящихся в растворенном состоянии. Заполнение в этом случае объема пор кристаллическим веществом является даже полезным, упрочняющим фактором. Некоторые разрушающие действия гипса и гидросульфоалюмината с формой их кристаллов. В цементном камне они могут образовываться в форме удлиненных игольчатых или столбчатых кристаллов с высоким отношением оси симметрии. Можно создать условия, когда отношение осей будет значительно меньше. По мнению Х. Смольчика, образование таких кристаллов не вызывает вредных внутренних напряжений.

Имеются гипотезы, отвергающие роль сил кристаллизации при механических разрушениях цементного камня. По этим гипотезам образовании гипса и гидросульфоалюмината лишь сопутствует разрушению. Впервые это предположение было высказано Т. Торвальдсоком. По его мнению, причиной разрушения являются осмотические силы, которые вследствие коллоидного характера продуктов взаимодействия цементного камня с агрессивной средой. Особое значение при этом придается продуктам разрушения гидросульфоалюмината кальция. Явление осмоса в цементном камне были обнаружены еще в 1889г. русским химиком-цементником Э.Шваруем. Им было показано, что цементный камень обладает в какой-то степени свойством полупроницаемости для растворов солей, содержащихся в морской воде. В последние годы осмотическим явлениям отводится в химии цемента все большая роль. У. Гансен осмотическими силами объяснял растрескивание бетонов при реакции щелочей с кремнеземистым заполнителем. Осмотическое давление оказывает значительное влияние на долговечность бетона. А.Е. Шейкиным и Н.И. Олейниковой было показано, что свойство полупроницаемости цементного камня возрастает в результате воздействия на него сульфатного раствора.

Условия кристаллизации гипса и гидросульфоалюмината кальция очень сложны. В соответствии со значением произведения растворимости гипс может кристаллизоваться в насыщенном растворе гидроксида кальция, если концентрация иона SO₄^2- составляет не менее 1 г/л. Однако эта величина значительно изменяется в присутствии других солей. В большинстве случаев в следствие повышения ионной силы раствора необходима большая концентрация сульфат-иона.

Для кристаллизации гидросульфоалюмината кальция достаточна значительно меньшая концентрация SO₄^2- - несколько мг/л. Однако образование его в количестве, вызывающем заметное разрушение цементного камня, происходит при содержании SO₄^2-  в воде более 250 мг/л.